镭神智能C16系列小型化机械式16线激光雷达使用说明书V3.2_客户版.docx
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1、深圳市镭神智能系统有限公司Leishen Intelligent System Co.,LTD.镭神智能 C16 系列小型化机械式 16 线激光雷达使用说明书 v3.22020-06-2459/59 页注意:激光雷达应该安装在金属块或其他散热装置上,否则由此引起的设备损坏镭神智能概不负责,具体可联系售后工程师。目录1 雷达介绍41.1 说明41.2 工作原理41.3 产品描述42 产品规格62.1 规格参数62.2 外形尺寸73 电气接口93.1 电源93.2 电气接口94 快速指南124.1 连接激光雷达124.2 WINDOWS 软件显示点云和配置雷达124.3 解析点云数据135 通讯协
2、议145.1 数据包协议145.1.1 数据包格式145.1.2 以太网包头165.1.3 数据块175.1.3.1 方位角175.1.3.2 通道数据175.1.4 附加信息175.2 设备包协议185.3 配置包协议195.4 配置参数和状态描述215.4.1 电机转速215.4.2 以太网配置215.4.3 PPS 对齐水平角度215.4.4 UTC 时间225.4.5 雷达扫描和静止225.4.6 设备包发包间隔225.4.7 经纬度235.4.8 网关地址235.4.9 子网掩码235.5 配置包打包示例236 时间同步246.1 GPS 同步246.1.1 GPS 设备使用246.
3、2 NTP 同步256.3 外同步256.4 雷达内部计时267 点云数据的角度和坐标计算267.1 垂直角度267.2 水平角度277.2.1 单回波模式水平角度计算277.2.2 双回波模式水平角度计算297.3 距离值307.4 笛卡尔坐标表示308 点云数据的精确时间计算318.1 数据包结束时间计算318.2 通道数据的精确时间计算318.2.1 数据块结束时间318.2.2 计算通道数据的精确时间329 附录 A.点云显示软件349.1 介绍349.2 适用范围349.3 软件安装349.4 功能介绍和使用359.5 雷达网络通讯模式的参数配置示例449.6 注意4810 附录 B
4、.ROS 系统软件5610.1 硬件连接及测试5610.2 软件操作实例571 雷达介绍1.1 说明1) 本手册的所有图示仅供参考,请以最新产品为准。2) 为了避免违反保修条款,请勿私自拆卸雷达,相关操作请咨询镭神智能售后人员。1.2 工作原理多线混合固态激光雷达采用飞行时间测量法(Time of Flight)。激光雷达发出激光脉冲开始计时(t1), 当激光遇到目标物体光返回,接收端停止计时(t2),距离 = 光速(t2 t1)/21.3 产品描述. .16 线激光雷达装有 16 对激光发射接收模组,电机以 5hz(或者 10hz、20hz)转速驱动进行 360 度扫描。图 1.1 16 线
5、 2 度(左)和 1.33 度(右)激光雷达示意图YXZ180顺时针270090图 1.2 16 线激光雷达坐标系和扫描方向2 产品规格2.1 规格参数表 2.1:16 线均匀 2 度激光雷达型号C16-xxxB 型/C16-xxxD 型测距方式脉冲式激光波段905nm激光等级1 级(人眼安全)激光通道16 路测量范围70 米200 米测距精度3cm单回波数据速率(双回波)32 万点/秒(64 万点/秒)视场角垂直-15+15(无水平 0激光扫描线)水平360角度分辨率垂直均匀 2水平5Hz: 0.0910Hz: 0.1820Hz: 0.36扫描速度5Hz、10Hz、20Hz(可配置)通信接口
6、以太网、PPS供电范围+9V+36VDC操作温度-20+60(B 型)/-40+60(D 型)储存温度-40+85冲击500 m/sec, 持续 11 ms振动5Hz2000Hz,3G rms防护等级IP67尺寸102mm*81mm重量1050g(标准型)/650g(轻量型)表 2.2:16 线均匀 1.33 度激光雷达型号C16-xxxC 型/C16-xxxE 型测距方式脉冲式激光波段905nm激光等级1 级(人眼安全)激光通道16 路测量范围70 米200 米测距精度3cm单回波数据速率(双回波)32 万点/秒(64 万点/秒)视场角垂直-10+10(无水平 0激光扫描线)水平360角 度
7、 分辨率垂直均匀 1.33水平5Hz: 0.0910Hz: 0.1820Hz: 0.36扫描速度5Hz、10Hz、20Hz(可配置)通信接口以太网、PPS供电范围+9V+36VDC操作温度-20+60(C 型)/-40+60(E 型)储存温度-40+85冲击500 m/sec, 持续 11 ms振动5Hz2000Hz,3G rms防护等级IP67尺寸102mm*81mm重量1050g(标准型)/650g(轻量型)2.2 外形尺寸雷达底部留有 2 个定位孔和 4 个 M4 螺丝安装孔,数据线接口位置为激光雷达水平角 0 度(也可置为水平 180 度请咨询销售),雷达沿顺时针方向旋转。图 2.1
8、16 线小型激光雷达的结构尺寸图3 电气接口3.1 电源:电源输入范围:9V36VDC,雷达附件提供电源适配器。如果使用其它直流电源供电,推荐电源输出电压:12VDC、输出最大电流 3A(雷达启动时要求瞬时启动电流大,启动电流小可能导致不能正常启动)、输出纹波噪声:120mVp-p;输出电压精度:5%。3.2 电气接口16 线激光雷达下端底座侧面引出缆线连接航空插头(母头),缆线为 8 芯屏蔽线,如下图所示。图 3.1 雷达底座线缆A 面接口接线盒端引出缆线连接航空插头(公头),缆线为 8 芯屏蔽线,如下图所示。图 3.2 接线盒侧线缆 A 面接口8 芯线缆的规格和定义如下:序号线缆的颜色和规
9、格定义说明1红色(20AWG)VCC电源正极2浅蓝(24AWG)TD_N以太网发射差分负端3蓝色(24AWG)TD_P以太网发射差分正端4浅橙(24AWG)RD_N以太网接收差分负端5橙色(24AWG)RD_P以太网接收差分正端6黄色(20AWG)GPS_PPSGPS 同步秒脉冲/外同步秒脉冲7白色(20AWG)GPS_RecGPS 接收8黑色(20AWG)GND电源负极(GND)线盒作用是方便电脑使用雷达附带的电源适配器和以太网线直接连接雷达测试,若不需要接线盒,可自行将 8 芯端子线移出接线盒,单独连接供电电源、以太网接口和 GPS 设备接口,只需将接线盒外壳拆开, 断开 8 芯连接线的焊
10、接位置,从接线盒中取出 8 芯端子线接头即可。16 线激光雷达出厂默认连接接线盒,雷达到接线盒线长分为两段,连接雷达部分线长 1.5,连接接线盒线长 0.3 米,中间航空插头连接,如图所示。图 3.3 接线盒与雷达连接示意图16 线激光雷达接线盒接口包括:孔径 2.1MM 的 DC 插座、指示灯、百兆网 RJ45 网口、6 针 GPS 接口。123456管脚号说明1NC2GND3GPS_REC4GND5+5V6GPS_PPS图 3.4接线盒和 GPS 端口定义4 快速指南4.1 连接激光雷达图 4.1 连接雷达和电脑4.2 Windows软件显示点云和配置雷达随雷达附送的点云显示软件解析数据包
11、和设备包信息,显示 3D 点云数据,通过可视化界面,用户可以重置雷达参数。具体操作流程参见点云显示软件章节。雷达网络缺省的参数 IP 和端口号如下表:表 4.1 雷达默认网络配置IP 地址UDP 设备包端口号UDP 数据包端口号雷达192.168.1.2002368(固定不可配)2369(固定不可配)电脑192.168.1.10223692368注意:1.设置雷达 IP 时,本地 IP 与目的 IP 不能设置为同一 IP,否则雷达将不能正常工作。2.雷达组播模式时,两个目的端口禁止设置为同一个端口号。连接雷达时,电脑与雷达的 IP 在不同网段时,需要设置网关;相同网段时,设置不同 IP 即可,
12、例如: 192.168.1.x,子网掩码为 255.255.255.0。若需查找雷达的以太网配置信息,连接雷达后电脑可以使用Wireshark 软件抓取设备 ARP 包进行分析,有关 ARP 包的特征识别,见下图。图 4.2Wireshark 抓取 ARP 包注意:Wireshark 软件为第三方软件,客户使用过程中造成的版权和商业纠纷等问题,均与镭神智能无关。4.3 解析点云数据用户如需自行解析雷达数据,依照如下步骤:1) 解析数据包,获得每一线的相对水平角度、测距信息、强度数据和微秒时间戳信息;2) 读取设备包,获取水平修正角度值、UTC 时间(GPS 或 NTP 授时)和设备当前状态配置
13、等信息;3) 依据雷达光束分布得到每一线的垂直角度;4) 根据点云数据的测距值、垂直角度以及计算后的水平角度,得到 XYZ 坐标值;5) 如果需要,通过 UTC 时间、微秒时间戳、雷达每一线发光时刻和单双回波模式,计算点云数据的精确时间;6) 根据需要重新配置以太网、PPS 同步水平角度、转速等信息,打包配置包协议。5 通讯协议雷达数据输出和配置使用百兆以太网 UDP/IP 通讯协议,共有三种 UDP 包协议,包长均为 1248bytes(42bytes 以太网包头和 1206bytes 有效载荷)。雷达支持单播、广播和组播通信。雷达的通信协议有:1) 主数据流输出协议 MSOP(Main d
14、ata Stream Output Protocol),雷达测量的距离、角度、强度等信息输出;2) 设备信息输出协议 DIFOP(Device Information Output Protocol),雷达和附属设备的当前状态和各种配置信息输出;3) 用户配置写入协议 UCWP(User Configuration Write Protocol),设置雷达的配置参数。表 5.1 UDP 包协议UDP 包名称简称功能长度(Byte)发送间隔MSOP数据包输出测量数据、时间戳等1248约 1.2ms/0.6msDIFOP设备包输出参数配置和状态信息约 0.33sUCWP配置包输入配置参数不固定5.
15、1 数据包协议数据包输出点云的角度值、距离值、强度值、时间戳等测量数据。数据包的数据采用小端模式。数据包包括 42 字节以太网包头和 1206 字节的有效载荷,长度 1248 字节。有效载荷由 1200 字节点云数据 channel data(12 个 100 字节的数据块 block)和 6 字节的附加信息(4 字节的 Timestamp 和 2 字节的 Factory)组成。5.1.1 数据包格式16 线激光雷达数据支持单回波和双回波模式。单回波测量最近回波值,双回波测量最近回波和次近回波值(时间轴)。单回波模式时,一次单点激光发射测量一次回波数据。一个点云数据包包含 12 个数据块,每个
16、数据块包含了 2 组按照打包顺序测量的 16 个通道点云数据,每个数据块只返回一个方位角,每个方位角输出 2 组第1组测量数据。参见下图:42 Bytes12*(2 bytes flag+2 bytes azimuth+32*(2 bytes distance + 1 bytes reflectivity)=1200 Bytes 4+2=6 Bytes2 BytesFactory4 BytesTimestamp42 BytesHeader1248 Bytes每个数据块的第 2 组测量方位角需要插值计算第24组测量Block 1Block 2Block 3Flag xFFEEFlag xFFEE
17、Flag xFFEEAzimuth NAzimuth N+2Azimuth N+4Channel 0 DataChannel 0 DataChannel 0 DataChannel 1 DataChannel 1 DataChannel 1 DataChannels 2-13 DataChannels 2-13 DataChannels 2-13 DataChannel 14 DataChannel 14 DataChannel 14 DataChannel 15 DataChannel 15 DataChannel 15 DataChannel 0 DataChannel 0 DataCha
18、nnel 0 DataChannel 1 DataChannel 1 DataChannel 1 DataChannels 2-13 DataChannels 2-13 DataChannels 2-13 DataChannel 14 DataChannel 14 DataChannel 14 DataChannel 15 DataChannel 15 DataChannel 15 DataBlock11Block12Flag xFFEEFlag xFFEEAzimuth N+20Azimuth N+22Channel 0 DataChannel 0 DataChannel 1 DataCha
19、nnel 1 DataChannels 2-13 DataChannels 2-13 DataChannel 14 DataChannel 14 DataChannel 15 DataChannel 15 DataChannel 0 DataChannel 0 DataChannel 1 DataChannel 1 DataChannels 2-13 DataChannels 2-13 DataChannel 14 DataChannel 14 DataChannel 15 DataChannel 15 Data图 5.116 线单回波数据格式当使用双回波模式时,一次单点激光发射测量两次回波数
20、据。数据包包含 6 个奇偶数据块对,每 2 个数据块包含 2 组按照打包顺序测量的 16 个通道两次回波值。Block(1,2)数据块为第一个 2 组 16 个点云数据的两次回波数据,奇数块为一次回波数据,偶数块为二次回波数据;block(3,4) 数据块为下一个 2 组 16个点云数据的两次回波数据,.,以此类推。每个奇偶数据块对只返回一个方位角。参见下图:42 Bytes12*(2 bytes flag+2 bytes azimuth+32*(2 bytes distance + 1 bytes reflectivity)=1200 Bytes 4+2=6 Bytes1248 BytesC
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